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Technischer
Bereich
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Diese
Erfindung bezieht sich auf ein automatisches Ablaufventil zum Ablassen
von Ansammlungen von Kondensaten, anderen Flüssigkeiten und Fremdmaterialien
aus verschiedenen Pneumatiksystemen, Vakuumsystemen oder atmosphärischen Systemen,
Fluid-Verarbeitungssystemen und/oder -Vorrichtungen.
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Technologischer
Hintergrund
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In
verschiedenen Pneumatik- oder Vakuumsystemen, atmosphärischen
Systemen, Fluid-Verarbeitungssystemen
und/oder -Vorrichtungen, hierin allgemein als „Fluid-Verarbeitungssysteme" bezeichnet, ist es notwendig, Kondensate,
andere Fluide (zusammenfassend als „Fluide" bezeichnet) und andere Fremdmaterialien
zu entfernen, um eine ordnungsgemäße Funktion zu gewährleisten.
Verschiedene Vorrichtungen, wie Separatoren, Filter-Abscheider, Trockner,
Kondensatabscheider (Drip legs), etc. werden verwendet, um Flüssigkeiten
und andere Materialien abzutrennen und zu sammeln und derartige Vorrichtungen
sind im Allgemeinen mit Ablaufventilen versehen, um die gesammelten
Fluide aus dem Pneumatiksystem oder der pneumatischen Vorrichtung
abzulassen. Üblicherweise
umfassen solche Vorrichtungen einen Lufteinlass, einen Luftauslass und
einen Mechanismus, um Fluide zu erzeugen, beispielsweise ein Filterelement,
das zwischen dem Einlass und dem Auslass im Strömungsweg angebracht ist oder
ein Verfahren, wie beispielsweise das Ändern der Luft- und/oder Oberflächentemperaturen. Solche
Vorrichtungen umfassen ferner ein Bauteil mit einer geschlossenen
Gestaltung, wie einen Sammelbehälter,
ein Rohrstück
oder eine Filterwanne, durch welches der Luftstrom zumindest teilweise
geleitet wird, wodurch die Feuchtigkeit und andere Fluide in der
Luft an der inneren Oberfläche
des Sammelbehälters
oder der Wanne gesammelt und kondensiert werden. Die Schwerkraft
führt dazu,
dass diese kondensierten Materialien sich zusammen mit anderen fremden
Objekten am Boden des Sammelbehälters ansammeln.
Diese gesammelten Materialien und Flüssigkeiten müssen in
periodischen Abständen
abgelassen werden, wenn der Sammelbehälter oder die Filterwanne mit
diesen Materialien gefüllt
wurden.
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Für das Ablassen
der angesammelten Materialien wurde eine Vielzahl von Ablaufsystemen
konstruiert. Zwei solcher Vorrichtungen sind in der
US 3,980,457 , erteilt an J. I. Smith
am 14. September 1974, und in der
US
3,993,090 , erteilt an Paul M. Hankison am 23. November
1976, gezeigt. In dem ersten dieser zwei Patente wird ein Paar von
Ventilen gezeigt, ein Steuerventil und ein Ablaufventil. Das Steuerventil
wird magnetisch betrieben und umfasst einen Schwimmer, der sich
in Erwiderung auf Änderungen
im Füllstand
im Sammelbehälter
bewegt, um ein Fluidventil in Erwiderung auf diesen Füllstand
magnetisch zu öffnen
und zu schließen.
Das Öffnen
des Fluidventils kann danach das Öffnen eines zweiten Ventils
für andere
Operationen, beispielsweise das Ablassen des Sammelbehälters, bewirken.
Im zweiten der Patente gibt es ebenfalls zwei Ventile, ein Steuerventil
und ein Ablaufventil. In dieser Vorrichtung wird ein Schwimmer eine
Zeit lang abgetaucht gehalten, um eine starke Auftriebskraft-Bedingung
zu schaffen. Wenn ausreichend Auftriebskraft erzeugt ist, steigt
der Schwimmer plötzlich
an die Oberfläche der
Flüssigkeit
auf und erzeugt dadurch ein Aufschnappen des Steuerventils. Dieses Öffnen des Steuerventils öffnet dann
schnell das Ablaufventil, um die in dem Sammelbehälter enthaltenen
Materialien zu entfernen. In beiden dieser Patente ist der Druck
in dem pneumatischen System, an das der Abscheider angebracht ist,
die treibende Kraft, die das Ablaufventil öffnet.
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Da
die Steuerventile und die Ablaufventile in dem Sammelbehälter angeordnet
sind, weisen die in den oben genannten Patenten beschriebenen Vorrichtungen
mehrere Nachteile auf. Beispielsweise können das Ablaufventil oder
der Ventiltrieb des Ablaufventils während des Ablassens durch Schmutz und
andere abrasive Materialien beschädigt werden oder diese können sich
an ihnen ansammeln. Außerdem
können
sie durch Korrosion beeinträchtigt
werden, da sie mit dem gesammelten Material in Kontakt stehen. Diese
schädlichen
Bedingungen beeinträchtigen
den weiteren korrekten Betrieb des Ablaufventils. Da das Ablaufventil
als ein Teil des Sammelbehälters
in dem Sammelbehälter
angeordnet ist, ist es weiterhin schwierig und teuer, Komponenten
dieses Ablaufventils zu ersetzen. Da das Steuerventil ebenfalls
durch den Luftdruck des pneumatischen Systems, mit dem der Sammelbehälter verbunden
ist, betrieben wird, kann dieses Ventil mit einigen der Unreinheiten
beschmutzt werden.
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Andere
Ablaufventile öffnen
dann, wenn sich eine bestimmte Menge von Fluiden oder andere Materialien
angesammelt hat. Ein solches Ablaufventil ist in der
US 4,779,640 , erteilt an Ernie W.
Cummings und Ralph W. Farkas, offenbart. Ein anderes Ablaufventilsystem
ist in der
US 4,574,829 ,
erteilt an Ernie W. Cummings und Nick Valk, offenbart. Dieses Patent
ist eine Continuation-in-Part der
US
4,444,217 , erteilt am 24. April 1984. Es existiert eine
früher
eingereichte Continuation-in-Part-Anmeldung, die zu der
US 4,562,855 , erteilt am
7. Januar 1986, führte. Weitere
solche Ablaufventile sind in der
US 5,004,004 ,
erteilt am 2. April 1991, und der
US 5,014,735 ,
erteilt am 14. Mai 1991, beide erteilt an Ernie W. Cummings, offenbart.
Die Ablaufventilsysteme aus der
US
5,004,004 und der
US
5,014,735 umfassen einen Sammelbehälter zum Aufnehmen von Fluiden
und anderen Materialien aus einem pneumatischen System. Der Einlass
ist im Boden angeordnet und Flüssigkeiten
und andere Materialien fließen durch
eine Durchgangsöffnung
in den Sammelbehälter.
Der Sammelbehälter
des Ablaufventils wird gezielt durch ein Ventil abgelassen, das
mit einer Auslass-Durchgangsöffnung
des Sammelbehälters
des Ablaufventils verbunden ist. Um Flüssigkeiten und andere Feststoffe
aus dem pneumatischen System abzulassen, müssen die Flüssigkeiten und die anderen
Feststoffe daher durch den Sammelbehälter fließen. Sofern sich jedoch der
Auslösepunkt,
d.h. der Füllstand,
der benötigt
wird, damit sich der Schwimmer hebt, über dem ringförmigen Magnet
befindet, so können,
wie der Fachmann erkennt, magnetischen Partikeln, wie Rost und andere
magnetische Partikeln, den ringförmigen
Magnet beschmutzen und die Bewegung des ringförmigen Schwimmers behindern. Um
das Ablaufventil des Systems zu öffnen
und zu schließen,
wird ein pneumatischer Ventiltrieb benötigt, der Ventiltrieb wird über Druckluft
betätigt,
die dem Ventiltrieb gezielt über
ein magnetisch betriebenes Steuerventil zugeführt wird. Noch weitere dieser bekannten
Systeme und Vorrichtungen, um pneumatische Systeme abzulassen, sind
im technologischen Hintergrund der oben genannten Patente oder an
anderen Stellen in den genannten Patenten beschrieben. Ferner veranschaulichen
verschiedene Ablasssysteme von Van Air Systems Inc., Lake City,
Pa., und Pa., und Hankison Corporation, Canonsburg, Pa., diese Vorrichtungen
aus dem Stand der Technik.
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Es
ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein automatisches
Ablaufventil zum Ablassen von Flüssigkeiten
und Fremdmaterialien, die in Fluid-Verarbeitungssytemen vorhanden
sind, bereitzustellen.
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Es
ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Ablaufventil
für Fluid-Verarbeitungssysteme
bereitzustellen, das keinen externen Ventiltrieb benötigt.
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Noch
eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Ablaufventil
bereitzustellen, das Flüssigkeiten
und andere Materialien ablässt,
ohne Luft oder andere Gase aus dem zugehörigen Fluid-Verarbeitungssystem
auszustoßen.
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Es
ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein automatisches
Ablaufventil bereitzustellen, das selbstspülend und somit im Wesentlichen selbstreinigend
ist.
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Noch
eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein automatisches
Ablaufventil bereitzustellen, das einen internen pneumatischen Ventiltrieb
und eine in Wirkverbindung dazu stehende Verbindungseinheit zum
gezielten Öffnen
und Schließen
des eigentlichen Ablaufventils des Ablaufventils verwendet.
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Es
ist noch eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein automatisches
Ablaufventil bereitzustellen, das einen Durchlass verwendet, der eine
direkte Strömung
der Flüssigkeiten
vom Einlass zum Auslass ermöglicht,
und der in Fluidverbindung mit dem Sammelbehälter steht, so dass Flüssigkeiten
in den Sammelbehälter
fließen
können
und das Ablaufventil gezielt aktivieren können, während Feststoffe sich in dem
Durchlass absetzen können.
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Noch
eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein automatisches
Ablaufventil bereitzustellen, das einen niedrigeren Auslösepunkt aufweist,
und in welchem das Volumen der abgelassenen Flüssigkeit nicht durch das Volumen
des Sammelbehälters
limitiert wird.
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Weitere
Aufgaben und Vorteile gegenüber dem
Stand der Technik werden dem Fachmann beim Durchlesen der folgenden
detaillierten Beschreibung im Zusammenhang mit den Zeichnungen klar.
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Offenbarung
der Erfindung
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In Übereinstimmung
mit den verschiedenen Merkmalen dieser Erfindung wird ein automatisches Ablaufventil
zum Ablassen von Ansammlungen von Flüssigkeiten und Fest stoffen
bereitgestellt. Das Ablaufventil umfasst einen Sammelbehälter, der
ein Sammelbehältervolumen
definiert und der Sammelbehälter
umfasst weiterhin ein Oberteil und ein Unterteil, das Unterteil
ist mit einem Durchlass versehen, der einen Einlass aufweist, der
in Fluid-Verbindung mit dem Fluid-Verarbeitungssystem gebracht werden kann,
und der an einem eigentlichen Ablaufventil endet. Es ist mindestens
eine Leitung vorgesehen, um ferner eine Fluid-Verbindung von dem
Durchlass in das Sammelbehältervolumen
zu ermöglichen.
Das Ablaufventil umfasst weiterhin einen Mechanismus, um das eigentliche
Ablaufventil zu betätigen.
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In
der bevorzugten Ausführungsform
wird das eigentliche Ablaufventil über einen pneumatisch betätigten Ventiltrieb
betätigt.
In dieser Ausführungsform
umfasst das Ablaufventil weiterhin ein Steuerventilgehäuse, das
in dem Sammelbehältervolumen angebracht
ist und das einen Hohlraum definiert, der gegen eine Verbindung
mit dem Sammelbehältervolumen
abgedichtet ist und wobei der Hohlraum in Fluidverbindung mit einer
Druckluft- oder
Gasquelle steht. Ein Steuerventil ist in dem Hohlraum des Steuerventilgehäuses angeordnet,
das Steuerventil umfasst ein Sensorrohr, das einen Ventilsitz aufweist, und
umfasst einen magnetischen Ventilstopfen, um den Ventilsitz zu belegen.
Dieser Ventilstopfen hat eine bestimmte magnetische Polarität. Weiterhin
ist ein Schwimmer in dem Sammelbehältervolumen vorgesehen. Der
Schwimmer ist mit einer Öffnung
versehen, um das Steuerventilgehäuse
verschieblich aufzunehmen und ist dem Sammelbehältervolumen von einer unteren
Position in eine obere Position bewegbar. In dem Schwimmer ist benachbart
zu dem Ventilgehäuse
ein ringförmiger
Magnet angebracht, der normalerweise eine, der Polarität des magnetischen
Ventilstopfens entgegengesetzte Polarität aufweist, so dass sich der
ringförmige
Magnet und der magnetische Ventilstopfen gegenseitig abstoßen und dadurch
der Ventilstopfen den Ventilsitz verschließt, wenn der Schwimmer in der
untersten Position ist oder in dem Sammelbehälter aufsteigt. Wenn der Schwimmer
seine oberste Position erreicht, wird die relative Polarität von einem
der Magnete umgekehrt, wodurch sich der Ventilstopfen vom Ventilsitz
wegbewegt und Druckluft zu einem pneumatischen Ventiltrieb geleitet
wird. Die Geometrie des Schimmers und die relativen Magnetstärken sind
so ausgewählt, dass
der Schwimmer aufsteigt, bevor der Wasserstand den ringförmigen Magnet
erreicht.
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Weiterhin
ist eine Verbindungseinrichtung vorgesehen, um den pneumatischen
Ventiltrieb mit dem eigentlichen Ablaufventil zu verbinden, so dass der
Ventiltrieb das eigentliche Ablaufventil gezielt öffnet und
schließt.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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Die
oben erwähnten
Merkmale der vorliegenden Erfindung werden in der folgenden, detaillierten
Beschreibung der Erfindung im Zusammenspiel mit den folgenden Zeichnungen
besser erklärt.
Es zeigen:
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1 eine
Schnittzeichnung eines automatischen Ablaufventils der vorliegenden
Erfindung in Verbindung mit einem Fluid-Verarbeitungssystem und
seiner Ablaufleitung (beide sind schematisch und nicht maßstäblich dargestellt),
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2 eine
Seitenansicht eines automatischen Ablaufventils der vorliegenden
Erfindung im Schnitt, wobei der Schwimmer am Boden des Sammelbehälters ruht
und das Ablaufventil geschlossen ist,
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3 eine
Seitenansicht des automatischen Ablaufventils der vorliegenden Erfindung
im Schnitt, wobei der Schwimmer aufschwimmt und den pneumatischen
Ventiltrieb betätigt
und das Ablaufventil öffnet,
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4 eine
vergrößerte Seitenansicht
des Bereichs in Kreis „A" aus 2 im
Schnitt,
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5 eine
Draufsicht auf das Unterteil des automatischen Ablaufventils der
vorliegenden Erfindung,
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6 eine
Ansicht von unten auf das Oberteil des automatischen Ablaufventils
der vorliegenden Erfindung,
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7 eine
Seitenansicht des Oberteils im Schnitt entlang der Linien 7-7 aus 6,
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8 eine
Seitenansicht des Oberteils im Schnitt entlang der Linien 8-8 aus 6.
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Bevorzugte
Ausführungsform
der Erfindung
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Ein
automatisches Ablaufventil, das verschiedene Merkmale der vorliegenden
Erfindung darstellt, ist in den Figuren im Allgemeinen mit 10 bezeichnet.
Das Ablaufventil 10 wird verwendet, um Ansammlungen von
Flüssigkeiten 29 und
Fremdmaterialien 31, die einem Fluid-Verarbeitungssystem
vorhanden sind, automatisch abzulassen. Im hier verwendeten Zusammenhang
bezieht sich Fluid-Verarbeitungssystem im weitesten Sinne auf Luft- und/oder
Flüssigkeitsverarbeitungssysteme,
umfassend, jedoch ohne Einschränkung,
pneumatische Systeme, Vakuumsysteme oder atmosphärische Systeme und Fluid-Verarbeitungssysteme
und/oder -Vorrichtungen. Das Ventil 10 umfasst einen Sammelbehälter 14,
der ein Sammelbehältervolumen 15 festlegt
(siehe 2). Der Sammelbehälter 14 umfasst im
Besonderen ein Oberteil 16 und eine Hülse 20, die sich zwischen
den Oberteil 16 und dem Unterteil 18 erstreckt
und die die Wände
des Sammelbehälters 14 ausbildet.
Vorzugsweise ist die Hülse 20 aus
einem transparenten oder durchscheinenden Material gefertigt, so
dass der Flüssigkeitsstand
innerhalb des Sammelbehälters 14 von
außerhalb
des Ventils 10 beobachtet werden kann. Das Unterteil 18 ist
mit einem Durchlass 28 versehen, um eine Verbindung zu
einer Sammel- oder Abscheider-Vorrichtung eines Fluiderzeugungssystems
oder eines anderen Gassystems, wie beispielsweise einem Koaleszenzfilter 12, über eine
Ablaufleitung 13 herzustellen und der an einem Ablaufventil 82 endet,
das dazu dient Flüssigkeiten 29 und
Fremdmaterialien 31 gezielt aus dem Durchlass 28 abzulassen.
Weiterhin umfasst das automatische Ablaufventil der vorliegenden Erfindung
einen Mechanismus, um das Ablaufventil 82 zu betätigen. Obwohl
es eine Mehrzahl von bekannten Mechanismen zur Betätigung des
Ablaufventils 82 gibt, ist im bevorzugten Ausführungsbeispiel
vorgesehen, dass der Betätigungsmechanismus
auf steigende Flüssigkeit
in dem Sammelbehältervolumen 15 reagiert.
Der Durchlass 28 umfasst mindestens einen Einlass 30,
um eine Fluid-Verbindung
mit dem Sammelbehältervolumen 15 herzustellen,
so dass Flüssigkeiten 29 von
beispielsweise dem Koaleszenzfilter 12 eines Fluid-Verarbeitungssystems
durch den Einlass 30 und in das Sammelbehältervolumen 15 geführt werden
können.
Während
des Füllvorgangs
mit geringer Fließgeschwindigkeit
sickern Flüssigkeiten 29 in
den Durchlass 28 und Fremdmaterialien 31 sedimentieren
unter Schwerkrafteinwirkung auf den Boden des Durchlasses 28. Dadurch
wird das Fremdmaterial 31 im Wesentlichen daran gehindert
in den Sammelbehälter 14 zu
fließen,
wodurch verhindert wird, das Fremdmaterialien 31 zu Fouling
an dem Sammelbehältervolumen
und irgendwelchen darin enthaltenen Ventilbetätigungsmechanismen führen und
die Hülse 20 des
Sammelbehälters
beschmutzen. Diesbezüglich
ist es zu bevorzugen, eine Hülse 20 zu
verwenden, die transparent oder durchscheinend ist, um eine optische
Inspektion des Flüssigkeitsstands
im Inneren des Sammelbehältervolumens 15 zu
ermöglichen.
im Gegensatz zu dem langsamen Füllprozess,
bei dem das Ablaufventil 82 geschlossen ist, bevor der
Auslöse punkt zum
Betätigen
des Betätigungsmechanismus
für das Ablaufventil
erreicht ist, werden der Sammelbehälter 14 und der Durchlass 28 in
Fluidverbindung mit dem atmosphärischen
Druck der Ablaufleitung gebracht, die sich an das Ablaufventil 82 anschließt, sobald
der Auslösepunkt
erreicht ist. Der höhere
Druck in den unter Druck stehenden Fluid-Verarbeitungssystemen, beispielsweise
in dem Sammelbehälter 14 und dem
Durchlass 28, führt
dazu, dass die darin enthaltene Flüssigkeit dann sehr schnell
aus dem Ablaufventil 82 austritt. Während des Ablassens führt die schnelle
Bewegung der Flüssigkeit 29 und
der Fremdmaterialien 31 horizontal gerade durch den Durchlass 28 in
dem Unterteil 18 und sorgt deshalb für eine Selbstreinigung, die
jegliches Fremdmaterial 31 durch das Ablaufventil 82 bewegt.
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Wie
in 2 dargestellt, sind die untere Oberfläche 17 des
Oberteils 16 und die obere Oberfläche 19 des Unterteils 18 jeweils
mit ringförmigen Nuten 22 und 24 versehen,
um die entgegengesetzten Enden der Hülse 20 aufzunehmen
und so die Befestigung der Hülse 20 zwischen
dem Oberteil 16 und dem Unterteil 18 zu erleichtern.
Weiterhin sind geeignete ringförmige
Dichtungen 26 in den Nuten 22 und 24 angeordnet,
um die flüssigkeitsundurchlässige Einheit
des Sammelbehälters 14 zu
gewährleisten. Selbstverständlich sind
geeignete Sicherungs- oder Einspannmittel, wie die Verbindungselemente 25 vorgesehen,
um die Hülse 20 in
der Position zwischen dem Oberteil 16 und dem Unterteil 18 zu
halten. Im Hinblick auf die Verbindungselemente 25 ist
in der bevorzugten Ausführungsform
in dem Unterteil 18 für jedes
Verbindungselement 25 ein Gabelkopf 27 vorgesehen.
Der Gabelkopf 27 nimmt die Mutter des Verbindungselements 25 auf,
um dadurch ein Entfernen des Verbindungselements 25 ohne
den Einsatz eines weiteren Werkzeugs zu ermöglichen.
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Im
Folgenden ist die bevorzugte Ausführungsform des Betätigungsmechanismus
für das
Ablaufventil beschrieben. Das Oberteil 16 ist dafür an seiner
unteren Oberfläche 17 mit
einer Vertiefung 32 versehen, welche ein zylindrisches
Steuerventilgehäuse 34 eng
umschließt,
so dass das Steuerventilgehäuse 34 von
dem Oberteil 16 nach unten vorsteht und sich nach unten
in das Sammelbehältervolumen 15 erstreckt.
Das Steuerventilgehäuse 34 definiert
einen Hohlraum 36 und das Oberteil 16 ist mit
einem zweiten Durchgang 38 versehen, der mit diesem Hohlraum
in Verbindung steht. Der zweite Durchgang 38 definiert
einen zweiten Einlass 40, der mit einer geeigneten Bezugsquelle
für gefilterte
Druckluft oder einem anderen Gas verbunden wird. Normalerweise wird
das Fluid-Verarbeitungssystem,
an dem das Ventil 10 installiert ist, als Luftquelle verwendet,
wobei ein Filter (nicht dargestellt) zwischen dem Fluid-Verarbeitungssystem
und dem Einlass 40 vorgesehen ist, um sicherzustellen,
dass Verunreinigungen aus dem System nicht in den Hohlraum 36 eintreten.
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Es
kann festgestellt werden, dass der Hohlraum 36 gegen eine
Verbindung mit dem Sammelbehältervolumen 15 abgedichtet
ist, so dass Flüssigkeiten 29 nicht
in den Hohlraum 36 eintreten. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel
ist deshalb eine Flachdichtung, definiert durch den O-Ring 37,
zwischen dem Steuerventilgehäuse 34 und
dem Oberteil 16 angebracht. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel
ist der O-Ring 37 an dem Steuerventilgehäuse 34 angebracht,
der Fachmann wird jedoch leicht erkennen, dass der O-Ring 37 auch
an dem Oberteil 16 angebracht werden könnte.
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Das
Ablaufventil 10 umfasst weiterhin ein Steuerventil 41,
das axial in dem Hohlraum 36 des Steuerventilgehäuses 34 angebracht
ist. Das Steuerventil 41 umfasst ein Sensorrohr 42,
das einen Ventilsitz 44 an seinem unteren Ende aufweist.
Das Sensorrohr 42 ist in der Vertiefung 32 des
Oberteils 16 angebracht und so angeordnet, dass es sich
axial nach unten in den Hohlraum 36 erstreckt. Um eine Verbindung
zwischen dem oberen Ende des Sensorrohrs 42 und dem Hohlraum 36 des
Steuerventilgehäuses 34 zu
vermeiden, ist in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel eine Bohrungsdichtung,
definiert durch den O-Ring 43, am oberen Ende des Sensorrohrs 42 angeordnet.
Obwohl oben eine Flachdichtung und eine Bohrungsdichtung als bevorzugte Mittel
zur Verhinderung einer Flüssigkeitsverbindung zwischen
den jeweiligen Volumen beschrieben wurden, weiß der Fachmann, dass andere
Mechanismen und/oder Dichtmittel für diesen Zweck verwendet werden
können.
Das Steuerventil 41 umfasst weiterhin einen axial beweglichen
magnetischen Ventilstopfen 46, der in dem Hohlraum 36 angebracht
ist, um gezielt den Ventilsitz 44 zu belegen und das Sensorrohr 42 zu
schließen,
wie im Folgenden noch genauer erläutert wird. In Verbindung mit
dem oberen Endabschnitt des Sensorrohrs 42 ist ein dritter
Verbindungsweg 48 vorgesehen, der einen Auslass 50 aufweist,
durch den unter Druck stehendes Gas, das in den Hohlraum 36 geführt wird,
gezielt das Oberteil 16 verlässt, wenn der Stöpsel 46 nicht
auf dem Ventilsitz 44 aufsitzt.
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In
dem Sammelbehältervolumen 15 ein Schwimmelement
oder ein Schwimmer 52 angeordnet, der einen axiale Öffnung 54 aufweist,
um das Steuerventilgehäuse 34 verschieblich
aufzunehmen, so dass der Schwimmer 52 in dem Volumen 15 aus einer
unteren Position, in der die Unterseite des Schwimmers 52 in
Kontakt mit oder benachbart zu der oberen Oberfläche 19 des Unterteils 18 steht (siehe 2),
in eine obere Position bewegt werden kann, in der die Oberseite
des Schwimmers 52 in Kontakt mit der unteren Oberfläche 17 des
Oberteils 16 steht oder benachbart zu dieser angeordnet
ist (siehe 3).
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In
den ringförmigen
Wänden
der Öffnung 54 des
Schwimmers 52 ist nahe der Oberseite ein ringförmiger Magnet 56 angeordnet,
der das Steuerventilgehäuse 34 umgibt
und als Betätigungsmittel
dient, um den magnetischen Ventilstopfen 46 in Kontakt
mit dem Ventilsitz 44 zu bringen und ihn von diesem zu entfernen,
um dadurch das Steuerventil 41 zu betätigen. Die Polarität des Magnets 56 und
des magnetischen Ventilstopfens 46 ist dabei so gewählt, dass die
Polaritäten
des Magnets 56 und des magnetischen Ventilstopfens 46 entgegengesetzt
sind, wenn sich der Schwimmer in der unteren Position befindet oder
in dem Sammelbehälter
aufsteigt, so dass der magnetische Ventilstopfen 46 den
Ventilsitz 44 schließt
(siehe 2). Demzufolge kann das unter Druck stehende Gas,
das durch den zweiten Verbindungsweg 38 eintritt, den Hohlraum 36 durch
den dritten Verbindungsweg 48 nicht verlassen.
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Wenn
jedoch Flüssigkeiten 29,
die aus dem Durchlass 28 durch den Einlass 30 in
den Sammelbehälter
eintreten, das Volumen 15 bis zu einem Füllstand
füllen,
der ausreichend ist, um den Schwimmer 52 in die obere Position
anzuheben, dieser Stand wird als Auslösepunkt 62 bezeichnet,
und dadurch die relative Position des Magneten 56 und des
magnetischen Ventilstopfens 46 verändern, so dass sie ungefähr in gleicher
Höhe angeordnet
sind, verursacht das magnetische Feld, das in dem Magneten 56 erzeugt
wird, eine Umkehrung der Polarität
des magnetischen Felds in dem magnetischen Ventilstopfen 46.
Diese effektive Umkehr erfolgt aufgrund der Hysterese des magnetischen
Ventilstopfens 46 nicht unverzüglich. Wenn die Polarität des Magnetfelds
umgekehrt wurde, wird der magnetische Ventilstopfen 46 von
dem Magneten 56 abgestoßen und bewegt sich als Resultat
davon in dem Hohlraum 36 nach unten und weg von dem Ventilsitz 44.
Demzufolge gelangt unter Druck stehendes Gas durch das Sensorrohr 42 und
durch den dritten Verbindungsweg, so dass es durch den Auslass 50 austritt.
Es soll angemerkt werden, dass der magnetische Ventilstopfen 46 oder
zumindest der obere Teil davon mit einem Gummimaterial oder einem
anderen geeigneten Dichtungsmaterial beschichtet werden kann, um
sicherzustellen, dass der magnetische Ventilstopfen 46 das
Sensorrohr 42 dicht verschließt. Ein geeignetes Beschichtungsmaterial
ist Viton-Fluorkarbonkautschuk,
der den gewünschten
Dichtungseffekt erzeugt und eine äußere Oberfläche aufweist, die beständig ist
gegen die Ansammlung von Flüssigkeiten
und anderen Materialien, die eine ordnungsgemäße Funktion des Ventils beeinträchtigen
könnten.
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Der
Fachmann erkennt, dass der Schwimmer
52 in dem dargestellten
Ausführungsbeispiel nicht
allmählich
aufschwimmt, wenn Flüssigkeiten
29 in
dem Sammelbehälter
14 eintreten.
Vielmehr muss die Auftriebskraft des Schwimmers
52 zunächst das Gewicht
des Schwimmers
52 und die abstoßende magnetische Kraft zwischen
dem ringförmigen
Magneten
56 und dem magnetischen Ventilstopfen
46 überwinden.
Wie oben beschrieben, wird der Flüssigkeitsstand in dem Sammelbehälter
14,
zu dem die Auftriebskraft des Schwimmers
52 ausreichend
ist, um diese zwei Kräfte
zu überwältigen,
als Auslösepunkt
62 bezeichnet.
Bedingt durch die ein Durchströmen
ermöglichende
Ausgestaltung des Durchlasses
28 ist es vorteilhaft, den
Auslösepunkt
des automatischen Ablaufventils
10 herabzusetzen. Dies
wird durch eine Veränderung
der Geometrie des Schwimmers
52 erreicht, derart, dass
das Gesamtgewicht reduziert wird. Das obere Ende
66 des
Schwimmers
52 hat dann einen kleineren Querschnitt als
das untere Ende
68. Zusätzlich
wurden die magnetischen Kräfte reduziert.
In diesem Zusammenhang wurden der ringförmige Magnet
56 und
der magnetische Ventilstopfen
46 modifiziert, um die gesamte
zwischen ihnen wirkende, abstoßende
magnetische Kraft zu verringern. In den Vorrichtungen, die aus dem
Stand der Technik, beispielsweise der
US
5,014,735 , bekannt sind, beträgt die abstoßende magnetische
Kraft in etwas 18 Ounces. In der bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung liegt die abstoßende magnetische Kraft, die
zwischen dem ringförmigen Magnet
56 und
dem magnetischen Ventilstopfen
46 wirkt, im Bereich von
etwa 10 bis 11 Ounces. Es wird erkannt, dass der magnetische Ventilstopfen
46 vorzugsweise
ausreichende vertikale Abmessungen haben sollte, um zu verhindern,
dass der magnetische Ventilstopfen
46 in dem Hohlraum
36 wackelt
und der magnetische Ventilstopfen
46 den Ventilsitz
44 so nicht
abdichtet. Dafür
ist der Abstandhalter
47 vorgesehen. Es wird weiterhin
erkannt, dass die relative Positionierung des magnetischen Ventilstopfens
46 und
des Magneten
56 zu einander wichtiger ist, als die Geschwindigkeit,
mit welcher sich der Schwimmer
52 in dem Sammelbehältervolumen
15 bewegt. Diesbezüglich muss
die Auftriebskraft des Schwimmers
52 lediglich ausreichend
sein, um die abstoßende
magnetische Kraft, die zwischen dem ringförmigen Magnet
56 und
dem magnetischen Ventilstopfen
46 wirkt, zu überwinden.
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Wie
bereits oben angedeutet, tritt eine Bewegungsquelle, im bevorzugten
Ausführungsbeispiel unter
Druck stehendes Gas, durch den Auslass 50 des Oberteils 16 aus,
wenn Flüssigkeiten 29 in
das Volumen 15 einströmen
und den Füllstand
des Auslösepunkts 62 erreichen
und dadurch das Steuerventil 41 geöffnet wird. Der Auslass 50 ist
in Fluid-Verbindung
mit einem Ventiltrieb 57 verbunden, der außerhalb
des Sammelbehälters 14 angebracht
ist. In Fluid-Verarbeitungssystemen, die unter Druck stehende Luft
oder Gas verwenden, ist der Ventiltrieb 57 pneumatisch
betätigt.
Genauer gesagt ist der Auslass 50 über das Rohr 59 mit
einer Einlassöffnung 58 verbunden,
die in einem ersten Endabschnitt 76 des Zylinders des pneumatischen
Ventiltriebs 57 vorgesehen ist, so dass er mit dem Kolbenhohlraum 60 des
Ventiltriebs 57 in Verbindung steht. Ein Kolbenelement 70,
das einen Betätigungsarm 72 trägt, ist
verschiebbar in dem Hohlraum 60 angebracht, der Betätigungsarm 72 ist
verschiebbar in der Öffnung
in dem zweiten Endabschnitt 78 des Zylinders aufgenommen,
so dass der äußere Endabschnitt 74 des
Arms 72 außerhalb
des Zylinders des Ventiltriebs 57 liegt. Der Fachmann wird
erkennen, dass der Ventiltrieb in Vakuumsystemen eher vakuumbetrieben
ist als pneumatisch betrieben.
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Das
Kolbenelement 70 ist in beide Richtungen zwischen dem ersten
Endabschnitt 76 des Zylinders und dem zweiten Endabschnitt 78 desselben beweglich.
Weiterhin wird das Kolbenelement 70 durch ein Federelement 80 in
Richtung des ersten Endabschnitts 76 des Zylinders gedrückt. Wird
keine Druckluft über
die Einlassöffnung 58 in
den Hohlraum 60 eingeblasen, so wird das Kolbenelement 70 daher in
der in 2 gezeigten Position gehalten. Wenn sich aber
das Steuerventil öffnet
und unter Druck stehendes Gas in den Hohlraum 60 eingeblasen
wird und den Druck des Federelements 80 überwindet,
so bewegt sich das Kolbenelement 70 in Richtung des zweiten
Endabschnitts 78 des Zylinders und nimmt die in 3 dargestellte
Position ein, in der sich der Betätigungsarm 72 in einer
vollständig
ausgestreckten Position befindet.
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Die
Hin-und-Her-Bewegung des Betätigungsarms 72 wird
genutzt, um ein Ablaufventil 82 wahlweise zu öffnen und
zu schließen,
wobei das Ablaufventil 82 dazu dient, gezielt sowohl Flüssigkeiten 29,
die im Sammelbehältervolumen 15 angesammelt wurden,
als auch Flüssigkeiten 29 und
andere Materialien aus dem Durchlass 28 abzulassen. Der
Fachmann wird anerkennen, dass Flüssigkeiten 29 und andere
Materialien, die sich in der Ablaufleitung 13 unterhalb
des Auslösepunkts 62 befinden
zu diesem Zeitpunkt ebenfalls abgelassen werden. Wie oben erläutert, steht
das Ablaufventil 82 mit dem Durchlass 28 in Verbindung,
um Flüssigkeiten 29 und
anderen Materialien gezielt zu er möglichen, aus dem Durchlass 28 abzulaufen
und das Ablaufventil 82 wird durch gezielte Drehung des
Ablaufventilbetätigers 88 des
Ablaufventils 82 geöffnet
und geschlossen. Dafür ist
ein Verbindungselement 90 vorgesehen, um den Betätigungsarm 72 des
Ventiltriebs 57 mit dem Betätiger 88 wirkend zu
verbinden. Der erste Endabschnitt 92 des Verbindungselements 90 ist
an dem Betätiger 88 mit
einem geeigneten Verbindungselement, wie der dargestellten Mutter 94,
die auf dem Gewindestab des Betätigers 88 aufgenommen
wird, befestigt. Weiterhin ist der zweite Endabschnitt 96 des
Verbindungselements 90 schwenkbar auf dem außen liegenden
Ende 74 des Betätigungsarms 72 befestigt.
Folglich führt
eine Hin- und Herbewegung des Betätigungsarms 72 zu
einer Drehung des Ablaufventilbetätigers 88, wodurch
der Betätiger 88 aus einer
geschlossenen Ventilposition, in der der Betätigungsarm 72 eingezogen
ist (siehe 2) in eine offene Ventilposition,
in der der Betätigungsarm 72 ausgefahren
ist (siehe 3), bewegt wird.
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Es
versteht sich also, dass in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel die Interaktion
des magnetischen Ventilstopfens 46 und des Magnets 56,
wie oben beschrieben, das Steuerventil 41 öffnet und
dadurch ermöglicht,
dass Druckluft in den Einlass 58 geführt wird, wenn der Füllstand
der Flüssigkeiten 29 in
dem Sammelbehältervolumen 15 den
Auslösepunkt 62 erreicht
und sich dadurch der Schwimmer 52 nach oben bewegt. Dieses
Einblasen der Druckluft zwingt das Kolbenelement 70 in
Richtung des zweiten Endabschnitts 78 des Ventiltriebs 57 und
bewegt dabei den Betätigungsarm 72 in
die voll ausgefahrene Position so dass das Ablaufventil 82 geöffnet wird
und dadurch das Volumen 15 abgelassen werden kann. Wenn
die Flüssigkeiten 29 aus
dem Volumen 15 ablaufen, fällt der Schwimmer 52 natürlich im Inneren
des Volumens 15 nach unten, bis es zu einer Umkehrung der
magnetischen Polarität
kommt und der Stopfen 46 wieder auf dem Ventilsitz 44 aufsitzt und
dadurch das Einblasen von Druckluft in den Kolbenhohlraum 60 unterbindet.
Als Ergebnis davon verschiebt das Federelement 80 das Kolbenelement 70 zurück in seine
erhöhte
Position, wodurch der Betätigungsarm
in seine eingezogene Position gebracht und das Ablaufventil 82 geschlossen
wird. Es ist ersichtlich, dass die Umkehr der magnetischen Polarität an der
oberen und der unteren Endlage des Schwimmers 52 stattfinden,
bedingt durch die Verzögerung,
die durch die magnetische Hysterese während der Umkehr verursacht
wird. Dadurch arbeiten das Steuerventil und damit auch das Ablaufventil 82 nach
einem „Aufschnapp"- und „Zuschnapp"-Verhalten, wodurch
sicher gestellt wird, dass das Sammelbehältervolumen 15 nicht überfüllt wird
oder abgelassen wird, bevor es im Wesentlichen gefüllt ist.
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Das
Oberteil 16 des Sammelbehälters 14 ist mit einer
weiteren Leitung 112 versehen, die mit dem Sammelbehältervolumen 15 in
Verbindung steht, wobei die Leitung 112 einen Einlass 114 für eine Verbindung
mit einer Quelle von Luft oder Gas aufweist. Diese Luft- oder Gasquelle
ist im allgemeinen die Ausgleichsleitung des Fluid-Verarbeitungssystems, an
dem das Ablaufventil 10 installiert ist, so dass der Druck
oberhalb der Flüssigkeiten
in dem Volumen 15 im Wesentlichen gleich oder geringfügig kleiner
ist als der Druck im dazugehörigen
Fluid-Verarbeitungssystem.
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In
den aus dem Stand der Technik bekannten Vorrichtungen war die Ablaufmenge
pro Zyklus hauptsächlich
durch die Kapazität
des Sammelbehältervolumens 15 limitiert,
da alle zu entsorgenden Materialien notwendigerweise in den Sammelbehälter 14 geführt werden
mussten, dort gehalten wurden und aus diesem abgelassen werden mussten.
Das automatische Ablaufventil der vorliegenden Erfindung ermöglicht durch
die Verwendung des Durchlasses 28 ein relativ kompaktes
automatisches Ablaufventil 10, das verwendet wird, um schnell
und automatisch das Ablassen großer Flüssigkeitsvolumen zu erleichtern,
insofern als nicht nur die in dem Sammelbehälter 14 befindliche
Flüssigkeit
abgelassen wird, sondern auch die Flüssigkeiten in dem Durchlass 28 und
in der Leitung, die zu dem Durchlass 28, führt abgelassen
werden. Nachdem die Flüssigkeit bis
unter den Auslösepunkt 62 abgelassen
wurde, beendet das Ablaufventil 10 das Ablaufen, wobei Flüssigkeit
in dem Durchlass 28 verbleibt, die dazu dient, eine Flüssigkeitssperre
oder -dichtung zwischen der Druckluft, beispielsweise in dem Koaleszenzfilter 12,
und dem Ablaufventil 82 zu erhalten, so dass ein Verlust
von Druckluft aus dem Fluid-Verarbeitungssystem
während
des Ablaufens der Flüssigkeiten
aus dem System vermieden wird. Weiterhin verursachen viele aus dem
Stand der Technik bekannte Ablaufventile eine erhebliche Geräuschentwicklung,
wenn sie betätigt
werden, hauptsächlich bedingt
durch das Ablassen von Druckluft, die dem Ausspülen der Flüssigkeiten folgt. Da das Ablaufventil 10 jedoch
einen Verlust von Druckluft vermeidet, wird auch der Lärm, der
bei der Entspannung der Druckluft entsteht, vermieden und somit
auch die damit verbundenen Kosten und die Effektivitätseinbußen durch
den Verlust von Druckluft.
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Es
sollte außerdem
beachtet werden, dass das Ablaufventil 82 in der bevorzugten
Ausführungsform
eher ein Kugelventil als ein Tellerventil umfasst, wie dies in gewissen
herkömmlichen
Ablaufventilen eingesetzt wird. Diesbezüglich ist anzumerken, dass in
solchen aus dem Stand der Technik bekannten Ablaufventilen Fremdmaterialien
dazu nei gen, sich an den Oberflächen
des Tellerventils und dem entsprechenden Ventilsitz abzusetzen und
dadurch ein sicheres Schließen
des Ventils verhindern, wodurch häufiges Reinigen nötig ist.
Das in der vorliegenden Erfindung eingesetzte Kugelventil schert
im Betrieb jedoch Dreck und Fremdmaterialien von den Oberflächen des
Ventils ab, so dass das Ventil 82 im Wesentlichen selbstreinigend
ist, wobei die Selbstreinigungsfähigkeit
des Ventils durch das kräftige „Aufschnappen" und „Zuschnappen" des Ventiltriebs
und des Ventils 82 verstärkt wird.
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Ferner
ist der Einlass 30 des Durchlasses 28 so angeordnet,
dass er sich unterhalb des Schwimmers 52 befindet und nicht
koaxial mit der Öffnung 54 des
Schwimmers 52 ist und sich vorzugsweise auch nicht unterhalb
irgendeines Teils der Öffnung 54 des Schwimmers 52 befindet,
so dass der Schwimmer 52 als Ablenkplatte dienen kann.
Um zu verhindern, dass der Schwimmer 52 das Einströmen der
Flüssigkeit 29 in
das Volumen 15 behindert, sind an dem Unterteil 68 des
Schwimmers 52 Füßen 53 vorgesehen, die
so angeordnet sind, dass sie nicht in den Einlass 30 eingreifen.
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Angesichts
der obigen Erläuterungen
wird deutlich, dass das Ablaufventil 10 automatisch Flüssigkeiten 29 und
feste Verunreinigungen 31 aus Luftsammelbehältern, Kondensatabscheidern
in Luftleitungen, Abscheidern für
Zwischenkühler
und Nachkühler
und verschiedenen anderen Fluid-Verarbeitungssystemen und -Vorrichtungen
ansammelt und ablässt.
Wenn das Ablaufventil 10 zusammen mit Druckluftsystemen
verwendet wird, kann es den vorhandenen Leitungsdruck des zugehörigen Fluid-Verarbeitungssystems
nutzen, um Flüssigkeiten
abzulassen ohne wertvolle Druckluft zu verschwenden und seine Bedienung
ist vollständig
pneumatisch, so dass keine Elektrizität benötigt wird, und das Ventil für den sicheren
Einsatz in einer feuergefährlichen Umgebung
geeignet ist. Das Steuerventil 41 und andere Betätigungs-Steuervorrichtungen
sind von dem Sammelbehälter 15 isoliert
und die Druckluft, die das Steuerventil 41 betätigt, wird
durch einen Luftfilter (nicht gezeigt) (idealer Weise 5 μm) gefiltert,
um die Wahrscheinlichkeit eines Ausfalls des Ventils zu verringern
und so Säuberungs-
und Wartungsarbeiten zu minimieren.
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Um
die Funktion des pneumatischen Ventiltriebs
57 zu überprüfen, ist
ein Prüfknopf
100 vorgesehen.
In den aus dem Stand der Technik bekannten Vorrichtungen, beschrieben
in der
US 5,004,004 und
US 5,014,735 , wurde ein
komplexes Ventil verwendet, das Druckluft von dem Durchgang
38 zu
dem Durchgang
48 leitete und so das Sensorrohr
42 und den
magnetischen Ventilstopfen
46 umging. Es ist jedoch wünschenswert,
das gesamte Fluid-Verarbeitungssystem einschließlich des Sensorrohrs
42 und des
magnetischen Ventilstopfens
46 zu überprüfen. Der Prüfknopf
100 umfasst
daher einen länglichen Stift
102,
der sich durch das Oberteil
16 in den Hohlraum
36 erstreckt.
Ein O-Ring
104 ist vorgesehen, um die Öffnung
106, durch
welche sich der längliche Stift
102 erstreckt,
abzudichten. Durch eine Feder
108 wird der Prüfknopf
100 in
einer oberen Position gehalten. Ein Drücken des Testknopfs
100 führt dazu, dass
der längliche
Stift
102 den magnetischen Ventilstopfen
46 berührt und
von dem Ventilsitz
44 wegführt, so dass Druckluft in der
oben beschriebenen Weise durch das Sensorrohr
42 strömt.
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Der
Fachmann versteht, dass das automatische Ablaufventil der vorliegenden
Erfindung, obwohl ein bestimmtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden
Erfindung beschrieben wurde, das seinen Einsatz in einem Fluid-Verarbeitungssystem
hat, auch Anwendung in anderen Systemen finden kann, einschließlich, aber
nicht beschränkt
auf, Vakuumsysteme, Fluiderzeugungs- oder -Verarbeitungssysteme und
atmosphärische
Systeme. Das automatische Ablaufventil kann angepasst werden, um
einen breiten Bereich von Flüssigkeiten
zu verarbeiten, beispielsweise Hydraulikflüssigkeiten, Öle, Lösungsmittel oder
andere Flüssigkeiten.
Obwohl eine bevorzugte Ausführungsform
gezeigt und beschrieben wurde, versteht es sich, dass es nicht beabsichtigt
wird, die Erfindung auf diese Offenbarung zu beschränken, sondern
dass es vielmehr beabsichtigt ist, alle Abwandlungen und geänderte Konstruktionen
abzudecken, die in den Schutzumfang der Erfindung fallen, wie er
in den angehängten
Ansprüchen
offenbart ist.